Badania efektywności procesu kruszenia w wibracyjnych kruszarkach
szczękowych
Praca doktorska pt. "Badania efektywności procesu kruszenia w wibracyjnych kruszarkach szczękowych" związana jest z problematyką rozwoju kruszarek wibracyjnych, stosowanych w procesach drobnego i bardzo drobnego kruszenia materiałów o zróżnicowanych właściwościach fizycznych i mechanicznych w przemysłach: górniczym, ceramicznym, chemicznym, elektronicznym, farmaceutycznym.
Wstępna część pracy dotyczy zagadnień związanych z podstawami teorii rozdrabniania. Opisano w niej znane mechanizmy dezintegracji ziaren w zależności od sposobu ich obciążania, a także przedstawiono proces kruszenia w ujęciu energetycznym, poprzez prezentację i ocenę dotychczas sformułowanych hipotez rozdrabniania. W części wstępnej przedstawiono również niektóre z dotychczasowych badań kruszenia wibracyjnego, podano systematykę wibracyjnych kruszarek szczękowych oraz opisano obszary zastosowań technologii wibracyjnego rozdrabniania materiałów.
Mimo zapotrzebowania na materiały drobno uziarnione, o uziarnieniu poniżej kilku milimetrów, dostępna z tej problematyki literatura obejmuje niewielki zasób informacji, zwłaszcza w obszarze teorii i projektowania kruszarek wibracyjnych, które są najbardziej przydatne w wytwarzaniu w/w materiałów, zarówno ze względów technologicznych, jak również technicznych - głównie dzięki mniej skomplikowanej budowie układów rozdrabniania wyposażonych w te kruszarki.
Podstawę do sformułowania celu niniejszej pracy stanowił systematyczny wzrost zapotrzebowania na materiały drobno uziarnione w wielu branżach, a zwłaszcza kruszyw mineralnych, których zapotrzebowanie wynosi w Polsce kilkadziesiąt Mg rocznie, jak również wzrost cen energii oraz brak wiedzy w dziedzinie bardzo przydatnych w wytwarzaniu tych materiałów maszyn przeróbczych, którymi są kruszarki wibracyjne.
Główna część pracy zawiera: opis stanowiska badawczego laboratoryjnej wibracyjnej kruszarki szczękowej o kinematycznym wymuszeniu ruchu drgającego szczęk, metodę oraz program badań doświadczalnych wraz z opisem wybranego planu eksperymentu jak również
wyniki i ich analizę. Do badań procesu kruszenia wibracyjnego w kruszarce wibracyjnej przyjęto dwa materiały kruche pochodzenia naturalnego (kamień wapienny i diabaz) oraz jeden materiał wytworzony sztucznie - klinkier cementowy.
Ze względu na złożoność procesu rozdrabiania w kruszarce wibracyjnej oraz brak możliwości teoretycznego ujęcia procesu rozdrabniania wibracyjnego, cel badań obejmował wyznaczenie eksperymentalne wpływu parametrów konstrukcyjnych kruszarki wibracyjnej to jest skoku szczęki, szczeliny wylotowej i częstotliwości drgań na parametry opisujące proces kruszenia.
Do określenia jakości procesu rozdrabniania przyjęto: wydajność całkowitą, efektywność technologiczną i energochłonność całkowitą reprezentujące rezultat technologiczny procesu oraz jego energochłonność przy wytwarzaniu założonych klas ziarnowych produktu kruszenia. Z uwagi na własności fizyczne badanych materiałów, szczególną uwagę zwrócono na analizę błędów występujących podczas procesu kruszenia, sporządzania analiz sitowych, a także aproksymacji funkcji opisujących wymienione parametry technologiczne procesu. Analiza ta umożliwiła określenie charakteru oraz istotności wpływu poszczególnych parametrów wibracyjnej kruszarki szczękowej na proces rozdrabniania.
Kolejna część pracy dotyczy określenia energochłonności procesu kruszenia wibracyjnego. Stąd, część ta zawiera wyniki pomiarów poboru energii jednostkowej podczas rozdrabniania oraz ich porównanie z teoretycznymi wartościami poboru energii obliczonymi z hipotezy Bonda.
Stwierdzono występowanie znacznych różnic pomiędzy w/w wartościami. Wykazano, że główna przyczyna różnic spowodowana jest całkowicie odmiennym sposobem przekazywania energii na rozdrabnianie materiału w procesie kruszenia wibracyjnego. Dlatego mając na względzie otrzymane wyniki badań, zaproponowano wartości indeksów pracy dokładniej opisujące jednostkową energię w procesie kruszenia wibracyjnego.
Końcowa część pracy zawiera podsumowanie badań oraz wnioski końcowe, które mogą stanowić cenny zbiór informacji dla rozwoju dziedziny rozdrabniania wibracyjnego oraz dla konstruktorów wibracyjnych kruszarek szczękowych.
Research of crushing efficiency in vibratory jaw crushers
The PhD thesis entitled "Research of crushing efficiency in vibratory jaw crushers" is connected with development issues of vibratory crushers used in fine and very fine crushing of materials with different physical and mechanical properties in the following branches of industry: mining, ceramic, chemical, electronics, pharmaceutical.
The introductory part of this work concerns the basics of the comminution theories. The known mechanisms of grain disintegration, in dependence on how the load is applied, were described. Additionally, this part also shows the crushing process in terms of energy consumption hypotheses. Some of the current research of vibratory crushing, as well as schemes and systematic of vibratory jaw crushers, and the application areas of vibratory crushing technologies were also presented. Despite the demand for finely crushed materials, with a grain size of less than a few millimeters, available literature includes a small amount of information, especially in the area of theory and design of vibratory crushers.
The basis for the formulation of this study was a systematic increase in demand for finely crushed materials in many industries, especially mineral aggregates production, which demand in Poland is several tens of Mg per year, as well as higher energy prices and a lack of knowledge in the field of dressing machines using vibratory technology.
In the main part of this work the test bench of the vibratory jaw crusher with kinematic actuation of jaws was presented, the method and program of experimental studies with the plan of the experiment description as well as the results and their analysis were also described. For the process of vibratory crushing experiments three materials were chosen. Two of them were of natural origin - limestone and diabase, and one was artificially produced- cement clinker.
Due to complexity and very difficult theoretical approach to vibratory crushing process, the aim of the research focused on experimental determination of the influence of vibratory jaw crusher design parameters (its jaw stroke, the outlet gap size and frequency of jaws vibration) on technological parameters describing crushing process. To determine quality of the process the following parameters were introduced: overall efficiency,
technological efficiency, and total energy consumption; representing technological results of crushing, as well as energy consumption during production of specified grain classes of the crushing product. Considering physical properties of tested materials, special attention was paid to the analysis of errors that occur during the process of crushing and sieve analysis, as well as errors of function approximation, describing relations between technological parameters of the process and the jaw crusher design parameters. This analysis made it possible to determine the nature and significance of crusher design parameters impact on the process of vibratory crushing.
The next part of the work concerns determination of energy intensity of the vibratory crushing process. Hence, this part contains the results of energy consumption measurements during crushing and their comparison with theoretical values of energy consumption calculated with the Bond hypothesis. The significant differences between this values were observed. It has been shown that the main reason for this differences is caused by a completely different mechanism of transferring energy to the crushed material in the process of vibratory crushing. Therefore, according to the results of research, the new values of Bond's Work Index, more accurately describing the energy consumption in the process of vibratory crushing, were proposed.
The final part of the work contains a summary of the research and conclusions that can provide a valuable collection of information for development of the vibratory crushing field and for constructors of vibratory crushers.
